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근접 센서(Proximity Sensor)는 사물이 다른 사물에 접촉되기 이전에 근접하였는지 결정하는 데 사용된다. 무접촉검출(Noncontact Sensing)은 회전자(Rotor)의 속도 측정에서부터 로봇의 운행 측정까지 많은 상황에 매우 유용하다. 자석, 와전류, 홀 효과, 광학, 초음파, 유도성, 용량성과 같은 여러 형태의 근접 센서가 있다. 다음 내용은 몇몇의 센서에 대한 개략적인 설명이다.

1. 근접센서
근접센서는 물리적인 접촉없이 전자계의 힘을 이용하여 물체의 존재여부, 통과, 연속흐름, 적체 등의 감지 및 위치 제어에 이용하는 센서이다. 근접 센서는 검출 원리에 따라 고주파 발진형, 정전 용량형, 자기형, 광전형, 초음파형 등으로 분류할 수 있다. 이중 현재 가장 많이 사용하는 근접 스위치는 고주파 발진형, 정전 용량형, 자기형 등을 들 수 있다. 근접센서의 선정 시에는 검출물체의 재질, 크기, 그리고 취부 조건에 유의해야 한다. 우선 검출물체의 재질 확인이 중요한데 근접센서는 검출물체의 재질에 따라 검출거리가 변화하기 때문이다. 다음으로 검출물체의 크기 확인인데 근접센서는 검출물체의 크기에 따라서도 검출거리가 변화하는 특징이 있다. 다음으로 여러 가지 근접센서의 종류와 원리를 간단하게 살펴보자.

2. 자기 근접센서(Magnetic Proximity Sensor)
자기 근접센서란 비접촉으로 검출물체가 가까워진 것을 검출하는 센서이다. 이 센서의 특징을 보면 다음과 같다.
● 비접촉으로 검출할 수 있기 때문에 검출물체나 센서를 손상하지 않는다.
● 무접점 출력(전기적 접점)이기 때문에 장수명이다.
● 물이나 기름의 비산하는 악조건의 환경에서도 확실한 검출을 자랑한다.
● 응답 속도가 빠르다.

<그림 1>과 같이 자기 근접센서의 원리를 보면 검출 코일보다 고주파 자계가 발생한다. 이자계에 검출 물체(금속)가 가까워지면 전자 유도
에 의해 검출 물체에 유도 전류(와전류)가 흐르는데 이 전류에 의해 검출 코일의 Impedance가 변화 발진이 정지하는 것으로 검출하는 것이다.
(1) 사용상 주의사항
① 자성체의 영향
센서와 마그네틱에 의해 자기회로를 구성하고 있기 때문에 자기회로를 어지럽히는 자성체 혹은 자계를 발생하는 것을 가까이 두지 말 것.
대책으로는, 자성체를 자계 외로 이동시킨다. 비자성체의 재질로 변형 시킨다. 자성체의 영향을 포함한 동작거리의 설정을 하는 등이 있다.
② Bounce 대책
Impact 전류방지 저항 등을 회로에 사용한다.
③ 보호회로
Transistor, IC등 저전류 부하에서는 문제없지만 릴레이, 모터 등의 유도성 부하에는 부하측에 다이오드 혹은 CR을 넣고 컨덴서, 케이블 등의 용량성 부하에는 부하와 센서 사이에 초크혹은 C를 넣고, 램프부하에는, 부하와 센서사이에 저항을 넣으면 각각 효과가 있다.

(2) 홀센서를 사용한 자기 근접센서
① 홀센서의 동작 원리
홀센서는 두 개의 입력 단자와 두 개의 출력단자를 가지는 4단자 소자이다. 따라서 그 구조는 매우 간단해, 입력 단자에 전류(제어 전류)
를 흘려 자계를 주면 출력 단자에는 홀 전압이 나타나며 출력전압은 자계에 직접 비례한다.
② 홀센서의 특징(InSb홀센서)
InSb홀센서는 오프셋(Offset) 전압의 안정성이 좋고 또 노이즈도 작아지고 있다. 그 때문에 저자계에서도 S/N가 좋은 측정을 할 수 있다.
③ 자기 근접 스위치의 구성
자기 근접 스위치의 블록도는 <그림 3>과 같다.

3. 광학 근접 센서
광학 근접 센서(Optical Proximity Sensor) 는 방사기(Emitter) 라고 불리어지는 광원(센서의 외부이거나 내부이거나)과 빛의 존재유무를 감지하는 수신기로 구성되어 있다. 일반적으로 수신기는 포토 트랜지스터이고, 방사기는 LED 이다. 위의 두 조합이 광센서를 만들고 광학 엔코더를 포함하여 많은 분야에 응용된다. <그림 4>는 광학 근접 센서의 개략도이다. 스위치의 범위 안에서 물체가 센서에 가까이 있지 않는 한 빛을 반사하지 못하므로 빛을 수신기가 받지 못하게 되고 결과적으로 신호는 없을 것이다.

4. 초음파 근접 센서
이 센서에서 초음파 방사기(Ultrasonic Emitter) 는 고주파수(일반적으로 200kHz 범위) 음파를 주기적으로 방사한다. 초음파 센서의 운용에는 두 가지 모드가 있다. 즉, 대항모드와 반향(확산) 모드가 바로 그것이다. 대항모드(Opposed Mode) 수신기는 방사기 앞에 위치해 있는 반면에, 반향모드(Echo Mode)는 수신기가 바로 다음에 있거나 방사기와 통합되어 있고 반사된 음파를 수신받는다. 만약 수신기가 수신범
위 안에 있거나 음파가 센서 가까이에 있는 물체의 표면에 반사된다면 그 음파가 감지되고 신호가 발생한다. 반면에, 수신기가 음파를 감지하지 못하면 신호는 발생하지 않는다. 모든 초음파 센서는 방사기 표면으로부터 물체의 거리와 존재를 인지할 수 없는 사각지대(Blind Zone)를 가지고 있다. 초음파 센서는 반향모드에서 음파를 반사할 수 없는 고무나 거품같은 표면을 가진 물체에 대해서는 사용할 수 없다. <그림 5>는 이 형태의 센서 개략도를 보여주고 있다.

5. 유도성 근접 센서
유도성 근접 센서(Inductive Proximity Sensor)는 금속의 표면을 검출하는 데 사용된다. 이 센서는 페라이트(Ferrite) 코어를 가진 코일과 발진기-검출기(Oscillator-Detector), 그리고 고체 상태(Solid State)의 스위치이다. 센서가 가까이 접근 시 금속 물체의 존재가 있으면, 발진의 크기는 감소한다. 수신기는 변화를 검출하고 고체상태 스위치를 단락시키는데, 센서의 검출 범위를 벗어나게 되면 다시 켜지게
된다.
(1) 특징
Core에 코일을 감으면 Inductance가 형성되고, 이 Inductance는 Core의 투자율이 저하하는 성질이 있다. 여기서 u가 저하하면 Inductance도 저하하기 때문에 전압 E도 이것에 대응하여 저하하게 된다. 이 원리를 이용해 자계의 변화를 잡을 수 있다.
(2) 구성
자기포화소자를 사용하는 경우, 여러 종류의 회로기술이 필요하다. 자기포화 소자를 작동 시키기 위해서는 고주파발진기, 검파회로, 그리고 증폭회로를 필요로 한다. 여기서 고주파 발진기 OSE는 자기포화 소자의 전원으로서 사용되고 검파회로 D는 코일 a-b간에 발생하는 교류전압이 검파장치로서 사용하며 그리고 증폭기 A는 검파출력의 증폭수단으로서 각각 사용된다.
(3) 검출회로의 예
자기포화 소자를 이용함에 의해, ±0.1mm 정도의 위치결정 제어가 가능하다. 그리고 특수한 것으로는 Micro 단위의 위치결정제어도 실현할 수가 있다. 이러한 것들은 검출대상 그 밖의 상황에도 달려 있지만, 중요한 것은 회로기술에 의한 점이 크다. 예를 들면 고감도의 Comparator 또는 Linearizer 회로를 이용하면 그 출력 특성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.

6. 용량성 근접 센서
용량성 근접 센서(Capacitive Sensor) 는 유전체 상수가 1.2 보다 큰 물체가 존재하면 반응한다. 이 경우 센서 내부의 물질은 컨덴서(Capacitor or Condenser)로서 동작하고, 센서 탐침(Probe)의 전체 용량 성분이 올라간다. 이것이 내부 발진기의 기동신호가 되어 출력단을 켜게 되고 출력신호를 보낸다. 즉, 센서는 측정 범위 내 물체의 존재를 검출할 수 있다. 용량성 센서는 나무, 액체, 그리고 화학재료와 같은 비금속을 검출할 수도 있다. <표 1>은 자주 사용되는 물질의 유전체 상수이다.

7. 와전류 근접 센서
와전류는 도체의 내부에서 국부적으로 소용돌이 모양으로 닫힌 통로를 흐르는 전류로서, 도체 내부를 지나는 자기력선속의 변화로 인해서 생기는 전류이다. 와전류 또는 발견자의 이름을 따서 푸코전류(Foucault Current)라고도 한다. 아라고의 원판으로 그 존재를 간단히 알 수 있다. 도체판에 직각으로 자기장을 걸어서 이것을 증가시키면 도체판에는 자기장 방향에 대하여 좌회전하는 맴돌이 전류가 생겨서 자기장의 증가를 방해하려고 한다. 또 자석을 도체판 위에서 이동시키면 맴돌이 전류가 생기며 맴돌이 전류의 자기장은 자석의 이동을 방해한다(도체판은 자석이 이동하는 방향으로 당겨진다). 이 원리는 적산전력계나 맴돌이 브레이크에 이용된다. 와전류 센서는 상기와 같은 원리를 이용한 것으로 보통 두 개의 코일이 있고 하나의 코일을 기준으로 자속의 변화를 발생시킨다. 전도 물질이 가깝게 근접할 때 와전류는
차례로 전도 물질에 유도되고, 첫 번째 코일 자속의 반대의 자속을 생성하나 전체 자속은 사실상 감소한다. 전체 자속의 변화는 전도 물질의 근접정도에 따라 비례적으로 변하고 두 번째 코일에 의해 측정되어진다. 와전류 센서는 전도성물질의 존재 검출에 주로 사용될 뿐만 아니라 물질의 두께, 틈, 공백 등의 비파괴 검사에도 이용된다